JP2010188278A - 散気装置、膜モジュール、膜分離装置、散気方法、及び膜分離方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 各貫通孔から略均一に気泡を散気させると共に、散気装置を配置する空間の小規模化を図ることを課題とする。
【解決手段】 複数の貫通孔を有する多孔板と、汚泥混合液中に気泡を吐出する吐出口が前記多孔板の下方に位置するように配された散気管とを備えてなる散気装置であって、
前記吐出口の開口面の中心が、前記多孔板の貫通孔を囲み且つ最小となる円の中心の略真下に位置し、前記吐出口の開口方向が、水平方向、鉛直下方向、及び水平方向と鉛直下方向との間の方向の何れかの方向となるように構成されてなり、
前記吐出口の内径は、１６ｍｍ以上であり、
前記円の直径Ｄに対する前記多孔板の下面と前記吐出口の開口面の中心との距離Ｌの比（Ｌ／Ｄ）は、０．８〜１．２であることを特徴とする散気装置を提供する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、汚泥混合液中に気泡を散気する散気装置、該散気装置を備えてなる膜モジュール、該膜モジュールが設けられてなる膜分離装置、汚泥混合液中に気泡を散気する散気方法、及び該膜モジュールを用いた膜分離方法に関する。

従来から、廃水等の水処理を行う際には、様々な目的で被処理水中への気泡（主に、空気）の散気が行われている。例えば、活性汚泥を用いて廃水を処理する活性汚泥法では、活性汚泥中の微生物が廃水中の有機物を分解するために必要な酸素を供給する目的で、活性汚泥と廃水等とを混合した活性汚泥混合液中に空気の散気が行われている。

また、別の目的としては、汚泥と水との固液分離を目的として汚泥混合液中に浸漬された分離膜に付着物が付着するのを抑制し、且つ付着物を分離膜の表面から剥がし取る目的で、分離膜の下方から気泡を散気し、気泡が浮上する際の水流や分離膜への気泡の接触によって、分離膜を揺れ動かすために散気が行われている。

活性汚泥混合液中に気泡を散気する散気装置としては、活性汚泥混合液が入った活性汚泥処理槽内の下方から気泡を散気するものが一般的である。斯かる散気装置としては、具体的には、複数の貫通孔を有する多孔板と活性汚泥混合液中に気泡を吐出する吐出口が前記多孔板の下方に位置するように配された散気管とを備え、前記吐出口の開口方向が上方を向くように構成されてなる装置が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００４−８９８１号公報

しかしながら、斯かる散気装置は、吐出口が小さいと吐出口から吐出される気泡の***と拡散が不十分となるという問題がある。また、斯かる散気装置は、吐出口と多孔板との距離が短いと各貫通孔から気泡が均一に散気されない場合があるという問題があり、逆に、各貫通孔からの気泡が均一に散気させようとすると吐出口と多孔板との距離が非常に長くなり、散気装置自体が大きすぎて気泡を散気させたい汚泥分離槽（汚泥混合液が入った槽）内に設置が困難な場合があるという問題もある。さらに、斯かる散気装置は、吐出口から吐出される気泡が上向きの初速度を有しているので気泡を拡散させるのに吐出口と多孔板との距離をより長くしなければならず、散気装置自体がより大きくなり、その結果、散気の動力も増加するという問題があり、また、散気管に汚泥が侵入して目詰まりを起こすという問題もある。

そこで、本発明は、各貫通孔から略均一に気泡を散気させると共に、散気装置を配置する空間の小規模化を図ることを課題とする。

本発明は、複数の貫通孔を有する多孔板と、汚泥混合液中に気泡を吐出する吐出口が前記多孔板の下方に位置するように配された散気管とを備えてなる散気装置であって、
前記吐出口の開口面の中心が、前記多孔板の貫通孔を囲み且つ最小となる円の中心の略真下に位置し、前記吐出口の開口方向が、水平方向、鉛直下方向、及び水平方向と鉛直下方向との間の方向の何れかの方向となるように構成されてなり、
前記吐出口の内径は、１６ｍｍ以上であり、
前記円の直径Ｄに対する前記多孔板の下面と前記吐出口の開口面の中心との距離Ｌの比（Ｌ／Ｄ）は、０．８〜１．２であることを特徴とする散気装置にある。

斯かる散気装置によれば、前記吐出口の開口方向が水平方向、鉛直下方向、及び水平方向と鉛直下方向との間の方向の何れかの方向となることにより、吐出口から吐出される気泡の上向きの初速度が０ｍ／ｓ以下となり、吐出口からの距離の割には気泡が水平方向に拡散しやすくなる。また、前記吐出口の開口面の中心が、前記多孔板の貫通孔を囲み且つ最小となる円の中心の略真下に位置することにより、吐出口から外側の貫通孔まで気泡が拡散すべき水平方向の距離が比較的短くなる。更に、前記吐出口の内径が１６ｍｍ以上であり、且つ前記円の直径Ｄに対する前記多孔板の下面と前記吐出口の開口面の中心との距離Ｌの比（Ｌ／Ｄ）が０．８以上であることにより、吐出口から吐出される気泡が比較的大きなものとなり、その大きな気泡が瞬間的に小さい気泡に***して拡散し、最も外側の貫通孔まで気泡が到達することができる。従って、各貫通孔から略均一に気泡を散気させることができる。
また、前記円の直径Ｄに対する前記多孔板の下面と前記吐出口の開口面の中心との距離Ｌの比（Ｌ／Ｄ）が１．２以下であることにより、多孔板の水平方向の大きさの割には散気装置を配置する縦方向の空間の小規模化を図ることができる。
さらに、吐出口の内径が１６ｍｍ以上である散気管を吐出口の開口方向が、水平方向、鉛直下方向、及び水平方向と鉛直下方向との間の方向の何れかの方向となるように構成されてなることにより、散気管内への汚泥混合液の侵入が抑制され、結果として、より一層各貫通孔から略均一に気泡を散気させることができる。

また、本発明に係る散気装置においては、好ましくは、前記多孔板の外周部に下向きに延びるスカート部が設けられてなる。

斯かる散気装置によれば、前記スカート部が設けられてなることにより、スカート部がない場合に貫通孔から散気されずに他の部分から漏出され得る気泡が、効率良く各貫通孔から散気され得るという利点がある。

さらに、前記スカート部が設けられてなる散気装置においては、好ましくは、前記スカート部の下端部に開口部が設けられてなる。

斯かる散気装置によれば、前記スカート部で囲まれている散気装置の内部に滞留し得る汚泥混合液の汚泥が該開口部から流出されやすくなり、該内部に、該汚泥が滞留しにくくなるため、結果として、より一層各貫通孔から略均一に気泡を散気させることができる。

また、本発明は、前記散気装置の多孔板の上部に、複数の分離膜が束になって構成された分離膜部が設けられて形成されてなる膜モジュールにある。

さらに、本発明は、汚泥混合液が収容される槽を備え、該槽内には、前記膜モジュールが浸漬膜として設けられてなる膜分離装置にある。

また、本発明は、前記散気装置で、汚泥混合液中に気泡を散気させる散気方法にある。

さらに、本発明は、前記膜モジュールで、汚泥混合液を膜分離して浄化水を得る膜分離方法にある。

以上のように、本発明によれば、各貫通孔から略均一に気泡を散気させると共に、散気装置を配置する空間の小規模化を図ることができる。

本実施形態に係る散気装置の側面図である。 本実施形態に係る散気装置の正面図である。 本実施形態に係る散気装置の背面図である。 本実施形態に係る散気装置の側面断面図であり、図２のＩ−Ｉ断面図である。 （ａ）は、本実施形態に係る散気管の側面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る散気管の正面図である。 本実施形態に係る膜モジュールの側面断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。

図１〜４に示すように、本実施形態の散気装置１は、複数の貫通孔２ａを有する多孔板２と、汚泥混合液中に気泡を吐出する吐出口３ａが前記多孔板２の下方に位置するように配された散気管３とを備えてなる。

前記多孔板２は、汚泥混合液中に配置された際に、多孔板２の面が略水平面となるように構成されてなる。また、多孔板２は、面の形状が略円形状になるように形成されてなる。

前記多孔板２の貫通孔２ａは、多孔板２に、複数個設けられてなる。
また、貫通孔２ａの形状は、略円形状になるように形成されてなる。
さらに、貫通孔２ａは、直径が５〜１５ｍｍ、好ましくは８〜１１ｍｍとなるように形成されている。
本実施形態の散気装置１は、貫通孔２ａの直径が５ｍｍ以上であることにより、汚泥混合液の汚泥による貫通孔２ａの閉塞が生じ難くなるという利点がある。また、本実施形態の散気装置１は、貫通孔２ａの直径が１５ｍｍ以下であることにより、貫通孔２ａを通過する気泡が小さくなり酸素溶解効率が高まりやすくなるという利点がある。

前記多孔板２は、貫通孔２ａの軸が多孔板の面に対して略垂直をなすように形成されてなる。また、多孔板２は、貫通孔２ａを囲み且つ最小となる円の中心と多孔板２の略円形状の中心とが略同心となるように形成されてなる。

前記散気管３は、活性汚泥処理槽や汚泥分離槽等の汚泥混合液中に配置された際に、前記吐出口３ａが前記多孔板２の下方に位置するように構成されてなる。また、散気管３は、図５に示すように、断面形状が円状となるように形成されている。さらに、散気管３は、一端部に気泡を吐出する吐出口３ａを備え、他端側が気体供給手段に連なるように構成されている。前記吐出口３ａは、散気管３の軸方向に開口するように形成されている。前記吐出口３ａの形状は、図５（ａ）に示すように、略円形となるように形成され、その内径Ｒが、１６ｍｍ以上、好ましくは、散気装置自体がよりコンパクトになるという観点から２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下となるように形成されている。
本実施形態の散気装置１は、吐出口３ａの内径Ｒが１６ｍｍ以上であることにより、吐出口３ａから吐出された大きな気泡が瞬間的に小さな気泡に***して拡散するため、多孔板２と散気管３の吐出口３ａとの距離を縮めることができる。また、本実施形態の散気装置１は、吐出口３ａの内径Ｒが２０ｍｍ以上であることにより、より大きな径の気泡を吐出することができるため、より確実に気泡を拡散させ得るので、多孔板２と散気管３の吐出口３ａとの距離をより一層に縮めることができる。

また、前記散気管３は、吐出口３ａから他端側に離れた位置で屈曲しており、屈曲部３ｂが形成されている。該屈曲部３ｂは、吐出口３ａから所定の位置に形成されている。具体的には、屈曲部３ｂで生じた気泡の流れの乱れが吐出口３ａに到達するまでに整えることができるような位置に形成されている。より詳しくは、散気管３が直角に屈曲している場合、屈曲部３ｂは、図５（ｂ）に示すように、吐出口３ａの開口端から屈曲部３ｂよりも他端側の散気管３の軸線までの距離Ｈと、吐出口３ａの内径Ｒとが下記式（１）の関係となることが好ましい。
Ｈ ≧ Ｒ×３ （１）
該距離Ｈと該内径Ｒとが上記式（１）の関係となることにより、散気管３の屈曲による遠心力等によって散気管３の向き（吐出口の開口方向）と異なる向きを向いてしまった気泡が屈曲部３ｂから吐出口３ａの開口端までに移動する間に吐出口の開口方向を向きやすくなるという利点がある。
また、散気管３は、吐出口３ａよりも他端側で分割可能に構成されている。具体的には、散気管３は、屈曲部３ｂよりも他端側に連結部３ｃを備え、該連結部３ｃを境に吐出口側（先端側）と他端側（基端側）とに分割可能に構成されている。

また、散気管３は、吐出口３ａの開口方向が略水平方向となるように構成されている。具体的には、散気管３は、汚泥混合液中に配置された際に、該開口方向の軸が水平となるように構成されている。また、散気管３は、汚泥混合液中に配置された際に、吐出口３ａの開口面が水平方向に対して直角をなすように形成されている。言い換えれば、吐出口３ａの開口面は、散気管３の軸に対して直角をなすように形成されている。

前記吐出口３ａから吐出される気泡としては、コンプレッサ等の気体供給手段から供給される空気が用いられている。また、吐出口３ａの開口端における気泡の線速度は、汚泥混合液の汚泥濃度にもよるが、好ましくは、４ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下、より好ましくは、８ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下となるように設定されている。なお、線速度とは、単位時間あたりに散気管３の断面積を通過する気泡の速度で、気泡の流量（単位時間当たりに流れる気泡の体積）を散気管３の断面積で割ることで算出されるものである。

前記散気管３を形成する素材としては、特に限定されるものではないが、剛性を有する素材を用いて形成されることが好ましい。例えば、ポリ塩化ビニル等の樹脂製素材を用いて形成されてもよく、ＳＵＳ等の金属製素材を用いて形成されてもよい。

本実施形態の散気装置１は、貫通孔２ａを囲み且つ最小となる円の直径Ｄに対する前記多孔板２の下面と前記吐出口３ａの開口面の中心との距離Ｌの比（Ｌ／Ｄ）が、０．８〜１．２、好ましくは、０．９〜１．１となるように構成されてなる。
尚、多孔板２の下面と前記吐出口３ａの開口面の中心との距離Ｌは、コンパクト化及び省エネルギー化の観点から、２００ｍｍ以下であることが好ましく、１５０ｍｍ以下であることがより好ましい。

また、本実施形態の散気装置１は、前記吐出口３ａの開口面の中心が、前記多孔板２の貫通孔２ａを囲み且つ最小となる円の中心の略真下に位置するように構成されてなる。

さらに、本実施形態の散気装置１は、貫通孔２ａを囲み且つ最小となる円の直径Ｄが、好ましくは、吐出口３ａの内径以上、より好ましくは、吐出口３ａの内径の２倍以上の長さである。本実施形態の散気装置１は、貫通孔２ａを囲み且つ最小となる円の直径Ｄが吐出口３ａの内径以上の長さであることにより、多孔板２の全面から均一に気泡が吐出されやすくなるという利点がある。

また、本実施形態の散気装置１は、前記多孔板２の外周部に、下向きに延びるスカート部４が設けられてなる。該スカート部４は、多孔板２の外周の全周から延びて形成されてなる。また、本実施形態の散気装置１は、スカート部４の下端が吐出口３ａよりも下側に位置するように形成されてなる。該スカート部４には、散気管３が挿入可能な散気管挿入孔４ａが設けられてなる。

さらに、本実施形態の散気装置１は、スカート部４の下端部にスカート開口部が設けられてなる。図１の散気装置においては、スカート開口部は、散気管挿入孔４ａとして設けられてなる。
また、本実施形態の散気装置１は、スカート部４がない場合に貫通孔２ａから散気されずに他の部分から漏出される気泡が生じないようにスカート開口部４ａが形成されてなる。本実施形態の散気装置１は、例えば、多孔板２の径が約１２４ｍｍである場合には、吐出口３ａの開口面の中心とスカート開口部の上端との鉛直方向の距離が、該開口面の中心が下方にある時、５１ｍｍ以下であることが好ましい。

本実施形態の散気方法は、本実施形態の散気装置１で、汚泥混合液中に気泡を散気させる方法である。

次に、本実施形態に係る膜モジュールについて説明する。
図６に示すように、本実施形態に係る膜モジュール１０は、本実施形態に係る散気装置１を備え、該散気装置１の多孔板２の上部には、複数の分離膜が束となって構成された分離膜部２０が設けられて形成されてなる。

前記分離膜部２０を構成する分離膜は、多数の微細孔が形成された多孔性膜が筒状に形成されてなるものであり、その下端部が閉塞された状態で多孔板２の上部に設けられ、上端部が開口した状態で吸引手段（図示せず）に連結されている。

前記分離膜を形成する素材は、特に限定されるものではないが、該素材としては、例えば、酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、ポリビニールアルコール、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。

次に、本実施形態に係る膜分離装置及び膜分離方法について説明する。
本実施形態に係る膜分離装置は、汚泥混合液が収容される槽を備え、該槽たる膜分離槽内には、本実施形態に係る膜モジュールが浸漬膜として設けられてなる装置である。
また、本実施形態に係る膜分離方法は、本実施形態に係る膜モジュール１０で、汚泥混合液を膜分離して浄化水を得る方法である。具体的には、本実施形態に係る膜分離方法は、微生物を含む膜分離槽内に前記膜モジュール１０を汚泥混合液に浸漬状態で設置し、有機物等の処理対象物質を含む廃水を該槽内に供給して、微生物の作用により廃水中の処理対象物質を分解し、膜分離して浄化水を得る方法である。

前記廃水は、特に限定されるものではないが、該廃水としては、例えば、生活廃水や、食品工場、化学工場、電子産業工場、パルプ工場等の工場の廃水等が挙げられる。

本実施形態に係る膜分離方法は、主に汚泥混合液のＭＬＳＳ（固形物濃度）が３００００ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは、２００００〜２５０００ｍｇ／Ｌとなるものにおいても用いることができる。このように、汚泥混合液中のＭＬＳＳが高い場合でも、散気管３の内径が１６ｍｍ以上であることにより、散気管３が汚泥によって閉塞され難くなるため、散気管から必要量の気泡が正常に吐出され、貫通孔２ａから略均一に気泡を散気させることができ、貫通孔２ａの孔が目詰まりし難くなる。

本実施形態に係る膜分離方法は、気体供給手段から供給された気体を吐出口３ａから気泡として吐出することにより、該気泡は、浮力で上昇しながら水平方向にも拡散して多孔板２まで到達する。そして、該気泡は、前記多孔板２の貫通孔２ａを通って更に細かな気泡となり、分離膜を覆うようにして分離膜を揺り動かしながら上昇することとなる。これにより、該気泡は、分離膜に付着した付着物を剥がし取り、また、付着物が付着するのを抑制することが可能となる。

本実施形態に係る散気装置、膜モジュール、膜分離装置、及び膜分離方法は、上記のように構成されているので、以下の利点を有するものである。

即ち、本実施形態に係る散気装置は、吐出口３ａの開口方向が略水平方向となるように構成されてなることにより、吐出口３ａの開口方向が下方となるように構成されている場合と異なり下方に屈曲した散気管を用いる必要がなくなり、散気管が配置される上下方向の空間を小規模化することが容易となるため、散気装置を配置する空間の小規模化をより一層図ることができるという利点がある。

なお、本実施形態に係る散気装置、膜モジュール、膜分離装置、及び膜分離方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態は、散気装置１を分離膜部２０と共に用いているが、本発明は、これに限定されるものではなく、分離膜部２０を用いずに散気装置１を用いても良い。

また、本実施形態に係る散気装置は、吐出口３ａの開口方向が略水平方向となるように構成されてなるが、吐出口３ａの開口方向が鉛直下方向、及び水平方向と鉛直下方向との間の方向の何れかの方向となるように構成されてもよい。

さらに、本実施形態に係る膜分離装置は、水処理槽が設けられ、該水処理槽に廃水が移送され、該水処理槽において微生物により該廃水中の処理対象物質が分解され、該水処理槽から排出された汚泥混合液の上澄水が前記膜分離槽に移送されて汚泥混合液として膜分離処理されるように構成されてもよい。

以下、本発明の実施例について説明する。

（１）散気管：下記表１に記載の吐出口の内径となる散気管を用いた。
（２）多孔板：前記多孔板の貫通孔（直径：約１０ｍｍ）を囲み且つ最小となる円（以下、「囲み円」ともいう。）の直径Ｄが１２４ｍｍとなる多孔板（貫通孔の個数：２４個）を用いた。
（３）散気装置
上記散気管及び上記多孔板を以下のように配して散気装置を作製した。
即ち、吐出口の開口面の中心が、囲み円の直径の中心の略真下に位置し、吐出口の開口方向が、水平方向となり、多孔板の下面と吐出口の開口面の中心との距離（以下、「多孔板と吐出口との距離」ともいう。）Ｌが、下記表１のようになるように、実施例及び比較例の散気装置を作製した。

＜試験例１：各貫通孔から散気される気泡の均一性＞
実施例及び比較例の散気装置を水道水を入れる槽の中に配置し、多孔板の上面から１０００ｍｍの位置に液面が位置するように槽内に水道水を満たした。
そして、気体が吐出量１０ｍ³／ｈで吐出口から吐出するように気体供給手段で気体を散気装置に供給し、各貫通孔から散気される気泡の均一性を５分間目視で確認して評価した。
各貫通孔から散気される気泡の均一性は、以下の基準で評価した。
◎： 各貫通孔から常に略均一に気泡が散気した。
○： 外側の貫通孔から散気される気泡の量が若干少ない場合もあったが、観察時間を通してほとんど各貫通孔から略均一に気泡が散気した。
△： 外側の貫通孔から散気される気泡の量が少なかった。
×： 外側の貫通孔から気泡がでなかった。

＜試験例２：散気管の目詰まり難さ＞
実施例及び比較例の散気装置を汚泥混合液（ＭＬＳＳ：２５０００ｍｇ／Ｌ）を入れる槽の中に配置し、多孔板の上面から３０００ｍｍの位置に液面が位置するように槽内に汚泥混合液を満たした。
そして、気体が吐出量１０ｍ³／ｈで吐出口から吐出するように気体供給手段で気体を散気装置に供給し、２週間稼動させた後、散気管の目詰まり難さを目視で確認して評価した。
散気管の目詰まり難さは、以下の基準で評価した。
○： 散気管内が汚泥により閉塞されなかった。
×： 散気管内が汚泥により閉塞された。

表１に示すように、吐出口の内径が１６ｍｍよりも小さい比較例１〜５の散気装置に比して、実施例の散気装置は、散気管が目詰まりし難かった。また、Ｌ／Ｄの値が０．８よりも小さい比較例１、２、６〜１１の散気装置に比して、実施例の散気装置は、各散気孔から散気される気泡の均一性が良好の結果を示した。

１：散気装置、２：多孔板、２ａ：貫通孔、３：散気管、３ａ：吐出口、３ｂ：屈曲部、３ｃ：連結部、４：スカート部、４ａ：散気管挿入孔（スカート開口部）、１０：膜モジュール、２０：分離膜部

Claims (7)

1. 複数の貫通孔を有する多孔板と、汚泥混合液中に気泡を吐出する吐出口が前記多孔板の下方に位置するように配された散気管とを備えてなる散気装置であって、
   前記吐出口の開口面の中心が、前記多孔板の貫通孔を囲み且つ最小となる円の中心の略真下に位置し、前記吐出口の開口方向が、水平方向、鉛直下方向、及び水平方向と鉛直下方向との間の方向の何れかの方向となるように構成されてなり、
   前記吐出口の内径は、１６ｍｍ以上であり、
   前記円の直径Ｄに対する前記多孔板の下面と前記吐出口の開口面の中心との距離Ｌの比（Ｌ／Ｄ）は、０．８〜１．２であることを特徴とする散気装置。
2. 前記多孔板の外周部に下向きに延びるスカート部が設けられてなることを特徴とする請求項１記載の散気装置。
3. 前記スカート部の下端部には、開口部が設けられてなることを特徴とする請求項２記載の散気装置。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の散気装置を備え、該散気装置の多孔板の上部には、複数の分離膜が束になって構成された分離膜部が設けられて形成されてなる膜モジュール。
5. 汚泥混合液が収容される槽を備え、該槽内には、請求項４記載の膜モジュールが浸漬膜として設けられてなる膜分離装置。
6. 請求項１〜３の何れかに記載の散気装置で、汚泥混合液中に気泡を散気させる散気方法。
7. 請求項４記載の膜モジュールで、汚泥混合液を膜分離して浄化水を得る膜分離方法。

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